蔬菜秸秆还田对日光温室黄瓜连作土壤理化性状及植株生长和产量的影响

李潇雅，陈晓璐，张大龙，2，娄洁，李晓甜，魏珉，2

（1.山东农业大学园艺科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.农业部黄淮海设施农业工程科学观测实验站/山东果蔬优质高效生产协同创新中心，山东 泰安 271018）

设施栽培由于常年连作，土壤生态环境遭到破坏，土传病害增多，作物生长发育和产量品质受到严重制约［1，2］。施用农作物秸秆［3］、选用抗重茬品种［4］、土壤物理和化学消毒［5］、合理施用化肥和微生物肥［6，7］等都是有效缓解土壤连作障碍的农艺技术措施。研究表明，施用作物秸秆能够改善设施连作土壤的理化性质，增加土壤微生物多样性，提高土壤酶活性，促进蔬菜生长发育，但是相关报道以玉米、小麦和水稻等秸秆还田居多［8-10］。设施蔬菜生产过程中产生大量的秸秆废弃物，不合理利用往往带来环境污染等一系列问题。近年来相继有一些关于蔬菜秸秆返田效果的报道［11-13］，但相关研究有待更加系统和深入。为此，本试验选取黄瓜、番茄、甜椒三种蔬菜秸秆，研究其直接还田对日光温室黄瓜连作土壤理化性状、黄瓜生长及产量品质的影响，以期为蔬菜秸秆废弃资源利用和设施蔬菜可持续生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2020年8月—2021年2月在山东农业大学园艺实验站日光温室进行。供试土壤为连续种植18年黄瓜的日光温室土壤。三种蔬菜秸秆分别为‘奥黛丽’甜椒秸秆、‘金棚8号’番茄秸秆和‘津优35号’黄瓜秸秆。供试黄瓜为‘长青一号’/‘百幕田’嫁接苗。

1.2 试验设计及方法

试验采用盆栽法，以未施秸秆的连作土壤为对照（CK），分别设置三种蔬菜秸秆还田，即甜椒秸秆（T）、番茄秸秆（F）和黄瓜秸秆（H），用量均分别为土壤体积的10%、20%和30%（风干质量比约1.5%、3%和5%），共设10个处理，分别记为T10、T20、T30、F10、F20、F30、H10、H20、H30。每处理分3个小区，每小区10盆。

栽培盆规格为上口径34 cm、底径19 cm、高23 cm，将10 kg风干土壤与碎蔬菜秸秆（长度4～10 mm）和专用腐熟剂（主要菌属包括芽孢杆菌、木霉菌和酵母菌等。购于河南省沃宝生物科技有限公司）混合后装盆，浇透水，覆膜，高温处理20 d，翻松，加入0.5 kg腐熟鸡粪作底肥，之后定植黄瓜嫁接苗，每盆1株，生育期常规管理。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤理化性状测定 于定植后60 d取土壤样品，每小区5盆，去除表层杂质，取距离植株5～10 cm、深0～20 cm根区土壤，混匀，风干后备用。

土壤容重采用环刀法测定，有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定，碱解氮含量采用碱扩散法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定，速效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑钪比色法测定［14］；土壤过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定，蔗糖酶活性采用比色法测定，脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定［15］；根系活力采用TTC法测定。

1.3.2 黄瓜生长及产量、品质测定 每小区选取长势一致的5株黄瓜挂牌标记，定植后60 d测定株高和茎粗，随时观测记录开花、采收时间以及每次采收的果实数和单果重。

结果期每小区选取5个商品成熟果实进行品质测定。可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定，维生素C含量采用2，6-二氯靛酚比色法［16］测定。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016进行数据处理和作图。利用SPSS 21.0软件对数据进行统计分析，Duncan’s新复极差法进行差异显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜连作土壤理化性状的影响

试验结果（表1）表明，施用蔬菜秸秆可以降低土壤容重，提高土壤pH值，且同种秸秆的施用量越大，土壤容重越小，pH值越大。不同种类秸秆还田之间比较，对土壤容重的影响不显著，甜椒和黄瓜秸秆还田提高土壤pH值的效果优于番茄秸秆。

由表1可知，施用三种蔬菜秸秆均可提高土壤有机质及速效养分含量，其变化趋势与pH值趋势一致，即随秸秆施用量的增加，有机质及速效养分含量增加。施用等量、不同种秸秆时，黄瓜秸秆有利于提高土壤有机质和速效磷含量，甜椒秸秆有利于提高速效钾含量。

表1 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜连作土壤理化性状的影响

2.2 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜连作土壤酶活性的影响

同种蔬菜秸秆，随着用量增加，土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性逐渐升高，30%用量处理活性最高。等量不同种类秸秆处理，过氧化氢酶、脲酶活性差异不显著，蔗糖酶活性以黄瓜秸秆较高，尤其在较高施用量条件下。

图1 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜连作土壤酶活性的影响

2.3 不同蔬菜秸秆还田对连作黄瓜生长的影响

由图2A看出，蔬菜秸秆还田对黄瓜株高无显著影响。黄瓜和番茄秸秆，随用量增加，株高增加，但不同用量间差异不显著；等量不同种类秸秆处理，以番茄秸秆处理的植株较高。

由图2B可知，定植后60 d所有处理黄瓜植株茎粗在9.66～11.18 mm之间，蔬菜秸秆还田可以促进黄瓜茎秆加粗生长，其中以施用20%黄瓜秸秆的茎粗最大，比对照增加16.1%，差异显著。

图2 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜株高和茎粗的影响

2.4 不同蔬菜秸秆还田对连作黄瓜根系活力的影响

由图3可知，与对照相比，除30%番茄秸秆还田处理外，其他蔬菜秸秆还田均可显著提高连作土壤中黄瓜的根系活力。不同蔬菜秸秆还田对其影响有所差异，T20处理的黄瓜根系活力达33.78μg/（g·h），比对照提高74.8%；同种秸秆不同施用量时，三种秸秆均为20%处理的根系活力最高。

图3 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜根系活力的影响

2.5 不同蔬菜秸秆还田对连作黄瓜产量的影响

由表2可以看出，蔬菜秸秆还田可以获得较高的产量，且产量差异主要来源于单瓜重，单株结瓜数无显著差异。与对照相比，甜椒秸秆还田增产3.8%～11.9%，番茄秸秆还田增产1.4%～4.7%，黄瓜秸秆还田增产1.6%～7.3%；秸秆施用量相同时，以甜椒秸秆还田效果更明显，施用20%甜椒秸秆可使黄瓜增产11.9%，与对照差异达显著水平（P＜0.05）。

表2 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜产量的影响

2.6 不同蔬菜秸秆还田对连作黄瓜品质的影响

由表3可以看出，蔬菜秸秆还田对黄瓜品质的提高有明显的正效应，其中施用30%甜椒秸秆可以显著提高黄瓜可溶性蛋白、可溶性糖和维生素C含量，施用30%番茄秸秆及黄瓜秸秆提高VC效果较明显。

表3 不同蔬菜秸秆还田对黄瓜品质的影响

3 讨论与结论

大量研究表明，秸秆还田可以改善土壤养分组成与含量，优化土壤微生物组成结构，进而为作物生长提供良好的环境［17，18］。本研究发现，三种蔬菜秸秆还田后，土壤容重均随秸秆量的增加而逐渐降低，说明蔬菜秸秆还田有助于土壤中微团聚体的形成，从而降低土壤容重；黄瓜秸秆还田处理的土壤有机质含量高于甜椒和番茄秸秆还田，原因可能是秸秆还田后分解产生了大量的碳元素，而黄瓜秸秆的碳含量高于甜椒秸秆和番茄秸秆。另外，施用不同蔬菜秸秆还田还可以增加土壤速效钾、碱解氮以及速效磷含量，且这些速效养分含量随秸秆施用量的增加呈递增趋势，表明蔬菜秸秆还田后，秸秆中所含营养元素可以被分解利用。

土壤酶活性的高低可以代表土壤中物质代谢的旺盛程度，在一定程度上反映了作物对氮素的吸收利用及生长发育状况等，是表征土壤肥力的重要指标之一［19］。前人研究发现，秸秆还田配施微生物菌剂及平衡施肥可增强酶活性，使土壤微生物群落物种个体数增加更多，分布更均匀［20］；黄继川等［21］认为酶活性与土壤微生物数量之间呈显著或极显著正相关，其将秸秆堆肥后还田，显著提高了根际土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和纤维素酶的活性，并认为土壤过氧化氢酶活性与细菌数量有关，转化酶活性与真菌、放线菌数量有关。本试验结果表明，蔬菜秸秆还田可以显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性，结果与前人研究相一致。这可能是由于秸秆还田提供了丰富的有机质［22］，为微生物的生存提供了养分及环境支持，丰富了微生物数量［23］，从而提高了土壤酶活性。

目前，关于秸秆还田对作物产量影响的研究结果各有不同。有研究认为秸秆还田能够提高土壤养分，改善土壤结构，提高土壤持水、保温性能，丰富土壤微生物多样性，优化根系生长环境，促进根系生长，使作物高产［24，25］；但也有研究表明，尽管秸秆还田改善了土壤质量，但并没有影响作物产量，甚至造成减产［26，27］。本试验表明，蔬菜秸秆还田后，可以显著提高黄瓜根系活力，虽然各处理均能提高黄瓜产量，但大部分处理差异不显著（P＞0.05），仅20%甜椒秸秆还田可以显著提高黄瓜产量。由此可见，蔬菜秸秆还田后，作物产量的变化还受物种、生产技术、土壤肥力等多种因素综合影响。

综上，蔬菜秸秆还田可以降低土壤容重，提高土壤pH值，提高土壤有机质及速效养分含量，增强土壤酶活性，优化黄瓜根系生长环境，提高根系活力，从而促进黄瓜植株生长，提高果实产量，改善黄瓜品质。改良效果表现为甜椒秸秆＞黄瓜秸秆＞番茄秸秆，以20%施用量最佳。